Workshop zur Darstellung der Projektergebnisse: „Intelligente Herstellung zuverlässiger Kupferbondverbindungen“

Paderborn, 12. Mai 2016. Im Rahmen eines Workshops wurden an der Universität Paderborn die Ergebnisse des 3-jährigen Forschungsprojektes „Intelligente Herstellung zuverlässiger Kupferbondverbindungen“ im Rahmen des Spitzenclusters it´s OWL vorgestellt. Ziel des Forschungsprojekts war die Entwicklung von selbstoptimierenden Verfahren, um auch unter variablen Produktionsbedingungen zuverlässige Kupferbondverbindungen herstellen zu können. Im Abschluss-Workshop am 21. April 2016 präsentierten die Projektpartner Hesse GmbH, Infineon Technologies AG und der Lehrstuhl für Mechatronik und Dynamik der Universität Paderborn die Ergebnisse und gaben Einblicke in die entwickelten Systeme. Neben den Projektpartnern waren zahlreiche Teilnehmer aus Industrie, Forschung und Entwicklung vertreten.

In Maschinen und Fahrzeugen werden Strom und Spannung durch Leistungshalbleitermodule gesteuert. Die  elektrische Kontaktierung im Modul erfolgt unter anderem über Aluminiumdrähte, die als Bondverbindungen bezeichnet werden. Kupfer bietet im Vergleich zu Aluminium eine höhere Leitfähigkeit, Festigkeit und Haltbarkeit. Es ist jedoch schwerer zu verarbeiten und empfindlicher gegenüber Schwankungen in den Produktionsbedingungen. Daher soll die Maschine in die Lage versetzt werden, sich eigenständig an veränderte äußere Bedingungen anzupassen und Prozessziele wie Bondqualität oder Verschleißverhalten optimal zu erfüllen. Leistungshalbleitermodule werden hierdurch leistungsfähiger, effizienter, kompakter und haltbarer.

Im Innovationsprojekt entwickelte die Hesse GmbH zusammen mit der Infineon Technologies AG und dem Lehrstuhl für Mechatronik und Dynamik der Universität Paderborn ein modellbasiertes System zur selbstoptimierten Steuerung einer Bondmaschine. Über eine spezielle Schnittstelle wurde das System in die Lage versetzt, prozessrelevante Maschinendaten direkt einzulesen und gleichzeitig die Maschinenparameter zur Laufzeit aktiv zu verändern. Hierbei wird der aktuelle Zustand im Sinne eines Condition Monitoring ermittelt und anhand der modellgestützten Selbstoptimierung der optimale Betriebszustand ermittelt und direkt eingestellt.

In der Abschlussveranstaltung präsentierten die Experten der beteiligten Projektpartner die entwickelten Teilsysteme und deren Zusammenwirken sowie wichtige Projektergebnisse. Hierzu gehören unter anderem die Modellierung des Ultraschallsystems, der Einsatz eines datengetriebenen Lernverfahrens zur Modellierung des Ultraschall-Erweichungseffekts sowie ein Verschleißmodell für das Bondwerkzeug. Besonders ein Reibmodell mit gekoppeltem Anbindungsmodell erlaubt interessante neue Einblicke in den Verbindungsaufbau. Mit diesem Modell wird erstmals die Reibenergie im Bondkontakt flächig aufgelöst berechnet und die Anbindung örtlich und quantitativ ermittelt. Der Einsatz der Selbstoptimierung wurde den Teilnehmern an einer prototypisch modifizierten Bondmaschine gezeigt. Ein Ausblick auf mögliche Anwendungen und zukünftige Arbeiten rundete den Workshop ab.

V.l:. Prof. Dr.-Ing. habil. Walter Sextro, Lehrstuhl für Mechatronik und Dynamik, Universität Paderborn; Dr. rer. nat. Felix Reinhart, Institut für Kognition und Robotik – CoR-Lab, Universität Bielefeld; Dr.-Ing. Michael Brökelmann, Hesse GmbH, Dipl.-Wirt.-Ing. Simon Althoff; Dipl.-Ing. Tobias Meyer, M. Sc. Andreas Unger, Lehrstuhl für Mechatronik und Dynamik, Universität Paderborn; Dr.-Ing. Hans J. Hesse, Hesse GmbH; Dipl.-Wirt.-Ing. Arno Kühn, Clustermanagement; Dr.-Ing. Paul Armbruster, Projektträger Karlsruhe PTKA; Dipl.-Ing. (FH) Florian Alexander Biermann, Infineon Technologies AG

Ultraschall-Drahtbonden in der Halbleiterindustrie, Dr.-Ing. Hans J. Hesse, Hesse GmbH